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嘉靖十五年六月二十四日（1536年7月11日），张朝瑞出生于南直隶淮安府海州县（今江苏省宿迁市沭阳县）。他天生聪慧且恭谨，五岁便知字义，十三岁进入州学。
嘉靖四十年（1561年），张朝瑞参加应天府乡试，考中举人第八十八名。
隆庆二年（1568年），张朝瑞考中进士。当时海州州内有倭寇警报，商议筑城防御，张朝瑞即捐出坊金作为倡导。
隆庆三年（1569年），张朝瑞初入仕途，任安丘知县，政绩显著，受到御史的交口称赞。
隆庆五年（1571年），张朝瑞因父母相继去世而回家守丧。
万历五年（1577年），服丧期满，补任鹿邑知县。张朝瑞到任后，更加奋发有为，对超额的赋税予以减免；对荒芜的土地组织开垦。他召集流民，推行乡约制度，严格管理户籍，主要目的是惠及百姓、遏制奸邪。鹿邑县的疆域一半被卫王侵占，百姓苦于虚增的赋税，张朝瑞亲自踏勘田亩，核实情况，最终收复被侵占的七千余顷土地，张朝瑞的声誉因此在三辅地区广为传颂。
后来，张朝瑞因政绩优异，被征召入京，本应补任给事中或御史，但当时张居正因张朝瑞著书中对其有所讽刺，于是心怀不满，仅将他调任南京行人司副。不久，他又转任户部员外郎，晋升为郎中。凡是涉及钞关皮闸等肥差，他都坚决推辞，以致典当衣物、借贷度日，以维持日常开销。但遇到关乎国家大计之事时，张朝瑞则不惜心力筹划，因此深受户部尚书宋纁的倚重。
万历十六年（1588年），张朝瑞出任金华知府，为民众储备粮食，生活用品准备充足。适逢饥荒年景，粮食价格暴涨，张朝瑞拿出府库中的金钱，高价买进粮食再平价卖出，救活了数以百万计的饥民。郡中原有先贤祠，年久失修，张朝瑞加以修缮，并扩建为崇正书院，用来祭祀宋朝的何基、王柏，元朝的金履祥、许谦，以及明朝的章懋这五位先贤。又购置二千余亩田地，聘请师儒，收藏书籍，以资教育。
万历十九年（1591年），张朝瑞以金华知府的身份入京朝见明神宗。吏部尚书陆光祖以识人著称，他挑选了六名政绩卓异的计吏求朝廷表彰，张朝瑞也在其中。
万历二十年（1592年），张朝瑞调任山东济南兵备副使，兼管治河事务。当时有人提议开凿性义岭，张朝瑞经过实地考察，认为此举劳民伤财，且对国家财政损失过大，实为不便。他慷慨陈词，提出“三当谋、八可已、二可患”的见解，因与总河大臣杨一魁意见不合，便在万历二十一年（1593年）闰十一月被调任金华、衢州二地。而总河大臣杨一魁却滥用公款，耗费无数，工程最终未能完成，朝廷上下对张朝瑞多有赞誉。
万历二十三年（1595年）二月，湖州发生民变，上下一片哗然，朝廷借调张朝瑞担任浙江左参政前往平息。张朝瑞在湖州期间，罢免贪残官吏，以清静无为为治政方针，同时兴办义仓、义冢。他上疏请求禁止采矿，为民众请命，最终使宦官屈服于舆论压力。
后来，张朝瑞被召任为应天府丞。万历二十七年（1599年）五月，升任南京鸿胪寺卿。适逢黄河西移，漕运受阻，张朝瑞认为分淮导黄之策不可取，上疏极力反对，主张堵塞黄堌口，恢复徐、鄢故道。他认为黄堌口不堵，则徐、吕二地水流不畅，江南四百万艘漕船将无法进京。
奏疏呈上后，主管财政的官员们因意见不合而犹豫不决。万历二十八年（1600年）二月，张朝瑞于是称病请辞，两次接到慰留圣旨，恢复原职并代理应天府尹。张朝瑞再次任职后，政风清廉，弊绝风清，民众得以安宁。他念及士人贫困无资，曾多次为他们购置田地，此次又通过查阅旧案，搜出隐匿的五百金，用于购买良田以资助士人，如同在郡县任职时一样。他在贡院前建造避雨舍，铺设砖块整治街道，以免士人们因雨湿而受苦。南京有表忠祠，祭祀逊国诸臣，张朝瑞认为祭祀不够完备，于是查阅史志，将祭祀人数增至六十余人。祭祀仪式完成后，他亲自奉送神像入祠，并编纂《忠节录》一卷，以传颂久远。
万历三十一年二月十一日（1603年3月23日），张朝瑞去世，终年六十八岁。张朝瑞去世时，家中连办丧事的钱都没有，幸好有南方一些有义气的人赶来资助，才得以入殓安葬。张朝瑞去世后，南京的人们都很怀念他，认为他像胡威一样清廉，像子产一样爱民，都争相传诵他的事迹，但似乎还没有完全了解他的美德。耿定力、丁宾、祝世禄等人打算整理他的事迹上报朝廷请求赐谥号，但没有成功。
万历三十五年（1607年）闰六月，明神宗按照惯例给予张朝瑞抚恤典礼，并设立祭坛祭奠。
天启初年，明熹宗下诏追谥“靖恪”。
张朝瑞一生历职地方，其在各地的为政功绩如下：
鹿邑：积极作为，减免超额赋税，开垦荒地，推行乡约并严管户籍以惠民生、抑奸邪。面对土地被侵占导致的重税问题，他亲自核查并收复失地七千余顷，声名远播于三辅地区。
金华：储备粮食与生活物资，饥荒时动用府库资金平抑粮价，挽救了数百万饥民。同时，他修复并扩建了先贤祠为书院，设立教育基金，促进了当地教育的发展。
山东：反对不切实际的性义岭开凿计划，以“三当谋、八可已、二可患”论据力陈其弊，与总河大臣意见不合后请辞。杨一魁继任后滥用资金，工程未果。
湖州：整顿吏治，崇尚清静无为，推行义仓、义冢等利民政策。积极为民请命，上疏禁矿，并勇于在众官之前发声，最终成功借助舆论力量迫使宦官让步。
南京：针对黄河西移影响漕运问题，提出堵塞黄堌口恢复故道的主张，因财政官员意见分歧而请辞，后被慰留并代理应天府尹。复职后，清廉执政，关心士人贫困，购置田地资助，并改善贡院环境。同时，完善南京表忠祠祭祀，增加祭祀人数。
张朝瑞认为社仓之制乃古人良法。在民为邦本，食为民天社会里，水旱凶荒不时而至，官仓积谷有限，备荒善策必须参酌社仓事宜，倡议各保甲、乡约创立社仓，诚心劝谕各村士民，使其都知道倡建社仓之利，以期民人情愿出谷，并制定了一些旌奖标准。如此日积月累，则以一村之粮，足以赡养一村之民。青黄不接之时，出放社谷，归谷时加息十二，小饥减半，大饥全部蠲免。大稔年景，令各村权宜添入。同时，他担心推行过程中出现的奸民负骗、官司挪移等弊端，建议府县颁给印文簿于乡约正副，每岁进行稽查。每年于本乡选择一位公直殷实者管理社仓，并免其火夫丁差，以示酬劝。这样即便遇有水旱灾荒，以此之谷加之官谷共同赈恤，则贫者不患艰食，富者免于劝借，盗贼亦可因之匿迹，社会秩序得以安宁。基于此，张朝瑞制定了社仓运行的具体办法：
明神宗朱翊钧：惟尔才裕通方，守严一介。花封荐历，粉署延登。剧郡留惠爱之声，名藩著旬宣之绩。志每廑乎民瘼，疏切徙薪；虑更急于河防，谋深拯溺。爰正同文之席，实需向用之阶。中道遽殂，空囊若洗，清白独贻，尔无愧已。特酬劳于祭典，亦风节于将来。（《谕祭张朝瑞文》）
焦竑：公气色恬穆，鲜所见喜怒，乃至违上守巳，奇祸不折，危议不摇，殆庶几社稷臣之风，而廉吏不足以概公矣。平生面目严冷，交游间正色直言，不作寒暄语。扬历三十年，不以竿牍一通于津要，以此自立，亦以此不合于时，然公为悔也。（《中宪大夫南京鸿胪寺卿张公朝瑞墓表》）
叶向高等：礼臣称其清畏人知，晦而明用，历官至京堂，仕宦三十载，卒之日无以为殓，真所谓忘身忘家，尽瘁无二者云。（《明神宗实录》）
张廷玉等：邹智、刘台、魏良弼、周天佐、杨允绳、沈炼、杨源、黄巩、杨慎、周怡、庄鹔、冯应京皆以直谏，孟秋、张元忭、曹端、贺钦、陈茂烈、马理、陶望龄皆以学行，张铨以忠义，李梦阳以文章，鲁穆、杨继宗、张朝瑞、朱冠、傅新德、张允济皆以清节，杨慎之文宪，庄鹔之文节，则又兼论文学云。（《明史》）
张朝瑞著作主要有《孔门传道录》《禹贡本末》《皇明贡举考》《南国贤书》《宋登科录》《金华荒政志》《崇正书院志》《邹鲁水利记》《常平仓纪》等书，以及疏稿、文集、族谱等。
张朝瑞墓位于江苏省连云港市孔望山南麓，凤凰山旁。其墓原是土冢，于1958年整地中被平，墓前有牌坊和人、马、犼、羊等石雕，并多被毁坏，现仅存石羊和石犼两件。牌坊横额有文不全，碑文：“……夫南京鸿胪寺卿张公……”。